仿生结构丝素纤维人工韧带材料表面改性及细胞相容性
发布时间：2021-11-28 11:23
以聚酯纤维编织而成的人工韧带在临床上发挥过重要作用,但由于其不可降解性和生物学惰性,植入体内一段时间后容易发生疲劳松弛、膝关节不稳及腱骨愈合不良等问题。因此,本研究参考人膝关节前十字交叉韧带的结构,设计并制备了一种结构仿生、可降解的丝素纤维人工韧带材料。并通过表面改性进一步提高其细胞相容性,为体内韧带组织再生奠定基础。本研究的主要内容包括:1、设计结构仿生的丝素纤维人工韧带材料,结合编织与机织等纺织成型方法,制备编织“壳”人工韧带材料（B-AL）和机织“壳”人工韧带材料（W-AL）。2、通过两种方法对丝素纤维人工韧带材料表面进行改性,一种是直接化学接枝蛋白质（EDC/NHS）,另一种是低温氧气等离子体结合化学接枝的方法（O2&EDC/NHS）。将I型胶原蛋白（Col I）、人纤维蛋白原（Fg）和转化生长因子TGF-β1结合肽（Pep）等蛋白质接枝到丝素纤维人工韧带材料表面,并对其进行表征。3、在表面改性前后的材料表面,接种人皮肤成纤维细胞（HFF）和小鼠成纤维细胞（L929）,对材料的细胞相容性进行表征,并对细胞生长分布、分泌胶原蛋白的情况进行考察。本研究...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膝关节前交叉韧带（ACL）示意图
东华大学硕士学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1膝关节前交叉韧带重建概述1.1.1膝关节前交叉韧带(ACL)前交叉韧带（Anteriorcruciateligament,ACL）是膝关节的重要组成部分，ACL连接股骨底部的外侧和胫骨顶部的内侧，是构成股骨和胫骨之间的内在铰链。它有助于控制膝盖的旋转和人体的跳跃等动作，并限制胫骨向前过度位移及小腿的外翻和内旋，决定了膝关节的稳定性[1,2]。根据解剖学数据，人类ACL直径范围在6~12mm，长度约为27~32mm，横截面面积约在44.4～57.5mm2范围。如图1-1所示，从宏观结构上看，ACL呈带状结构，由前内侧束（Anteromedialbundle，AMB）和后外侧束（Posterolateralbundle，PLB）[3]两部分组成。图1-1膝关节前交叉韧带（ACL）示意图[1]：膝关节正视图（A）；胫骨俯视图（B）ACL的本质是结缔组织，主要成分是胶原蛋白（I、Ⅲ、V型）和弹性蛋白，外层由滑膜包绕。其中，I型胶原蛋白约占其干重的70~80%，胶原纤维呈束状平行于韧带的纵轴排列。ACL大体上可以分为三个部分：近端、中段和远端，每个部分所包含的细胞和细胞外基质成分各不相同。首先是近端部分上含有Ⅲ型胶原和糖蛋白，所含有的成纤维细胞体积最大。其次，中间部分主要是呈束状排列的I型胶原，含有大量呈纵向排列的纺锤形的成纤维细胞。最后，ACL的远端胶原束密度较低，富含软骨母细胞[4]。由于ACL在膝关节中的位置、结构和成分的特殊性，当膝关节外翻、内翻、外旋、着陆或突然转向时，ACL容易受到损伤[5]。由此会引发膝关节不稳定，严重影响膝关节的运动功能，对日常活动有很大的影响。图1-2为ACL断裂损伤
东华大学硕士学位论文第一章绪论2示意图。人们在日常生活中运动太剧烈会引起ACL损伤,更别说车祸或坠楼等意外造成的韧带断裂。日前，保守估计美国每年有超过200,000例韧带损伤案例造成巨大的社会经济损失。除此之外，断裂的韧带没有自愈能力，而且存在修复困难，修复周期长等问题[2]。图1-2ACL断裂损伤示意图[3]1.1.2ACL人工韧带研究现状韧带移植可分为自体取材，也可以采用异体韧带移植，“骨-髌骨肌腱-骨”移植（Bone-patellartendon-bone,BPTB）是公认的“黄金标准”。近年来，由于人工韧带取材方便，移植手术操作简单，术后康复快，逐渐成为临床上治疗韧带损伤的有效手段之一[6]。一条理想的人工韧带应该具有以下特点：首先要能提供足够的力学性能，以维持膝关节的静态和动态稳定性。同时，兼具良好的细胞相容性，利于成纤维细胞的粘附与增殖，诱导机体韧带再生。再者是植入的人工韧带材料可在体内实现生物降解，且降解产物安全无毒副作用。最好人工韧带降解的速度与韧带再生的速度可以匹配，这样新生韧带就逐步取代了韧带植入物。而目前临床上判断ACL重建是否成功的依据是：韧带移植后，患者能否恢复正常活动且不发生膝关节不稳、持续水肿和慢性疼痛等症状。据众多临床术后随访统计，ACL重建成功率大约为75%[7]，这样仍然有接近四分之一的患者在术后忍受着ACL重建失败带来的痛苦。导致这个结果的归因大致有两类：人为因素和生物因素。其中，人为因素包括了人工韧带移植物的选择不合适、固定方法不当及手术失误等；生物因素涵盖了关节腔内成纤维细胞数量不足、血管化困难等[8,9]。因此，为了提升ACL重建的成功率，开发高强度、可降解、细胞相容性良好的人工韧带成为当前的研究重点。目前市面上的人工韧带种类繁多，按材料是否可降解来?
【参考文献】：
期刊论文
[1]TGFβ1-Sp1信号通路靶向调控豚鼠巩膜成纤维细胞分泌与合成胶原表达的研究[J]. 应充慧,朱子诚,孙思勤,张楚. 安徽医科大学学报. 2020(05)
[2]编织型丝素纤维人工韧带及其体外降解性能研究[J]. 吴佳蔚,刘明洁,王璐,关国平. 生物医学工程学进展. 2020(01)
[3]再生丝素蛋白溶液的制备条件对纤维性能的影响[J]. 吴惠英,姚平,周燕,许磊,左保齐. 高分子材料科学与工程. 2019(04)
[4]丝素纤维人工韧带材料表面改性及其体外矿化性能[J]. 程志,吴佳蔚,王一婷,王璐,关国平. 生物医学工程学进展. 2018(04)
[5]低温等离子体对丝素纤维人工血管材料蛋白吸附性能的影响[J]. 秦金桥,余邵婷,程志,王璐,关国平. 生物医学工程学进展. 2017(01)
[6]人工韧带的临床应用现状及进展[J]. 陈天午,蒋佳,陈世益. 宁夏医学杂志. 2016(08)
[7]丝素蛋白纤维人工韧带的制备及性能分析[J]. 吴惠英,周燕,左保齐. 丝绸. 2016(07)
[8]蚕丝丝素材料的生物降解性能[J]. 李明忠,张剑,邱玉华,卢神州. 中国材料进展. 2015(Z1)
[9]韧带损伤及人工韧带应用与研究[J]. 关国平,关红涛,王璐. 生物医学工程学进展. 2013(04)
[10]EDC/NHS交联改性再生桑蚕丝素纳米纤维[J]. 明津法,刘蓉,张焕相,左保齐. 高分子材料科学与工程. 2012(10)
博士论文
[1]再生丝素纤维的制备及其在人工韧带中的应用[D]. 吴惠英.苏州大学 2015
本文编号：3524336
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
膝关节前交叉韧带（ACL）示意图
东华大学硕士学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1膝关节前交叉韧带重建概述1.1.1膝关节前交叉韧带(ACL)前交叉韧带（Anteriorcruciateligament,ACL）是膝关节的重要组成部分，ACL连接股骨底部的外侧和胫骨顶部的内侧，是构成股骨和胫骨之间的内在铰链。它有助于控制膝盖的旋转和人体的跳跃等动作，并限制胫骨向前过度位移及小腿的外翻和内旋，决定了膝关节的稳定性[1,2]。根据解剖学数据，人类ACL直径范围在6~12mm，长度约为27~32mm，横截面面积约在44.4～57.5mm2范围。如图1-1所示，从宏观结构上看，ACL呈带状结构，由前内侧束（Anteromedialbundle，AMB）和后外侧束（Posterolateralbundle，PLB）[3]两部分组成。图1-1膝关节前交叉韧带（ACL）示意图[1]：膝关节正视图（A）；胫骨俯视图（B）ACL的本质是结缔组织，主要成分是胶原蛋白（I、Ⅲ、V型）和弹性蛋白，外层由滑膜包绕。其中，I型胶原蛋白约占其干重的70~80%，胶原纤维呈束状平行于韧带的纵轴排列。ACL大体上可以分为三个部分：近端、中段和远端，每个部分所包含的细胞和细胞外基质成分各不相同。首先是近端部分上含有Ⅲ型胶原和糖蛋白，所含有的成纤维细胞体积最大。其次，中间部分主要是呈束状排列的I型胶原，含有大量呈纵向排列的纺锤形的成纤维细胞。最后，ACL的远端胶原束密度较低，富含软骨母细胞[4]。由于ACL在膝关节中的位置、结构和成分的特殊性，当膝关节外翻、内翻、外旋、着陆或突然转向时，ACL容易受到损伤[5]。由此会引发膝关节不稳定，严重影响膝关节的运动功能，对日常活动有很大的影响。图1-2为ACL断裂损伤
东华大学硕士学位论文第一章绪论2示意图。人们在日常生活中运动太剧烈会引起ACL损伤,更别说车祸或坠楼等意外造成的韧带断裂。日前，保守估计美国每年有超过200,000例韧带损伤案例造成巨大的社会经济损失。除此之外，断裂的韧带没有自愈能力，而且存在修复困难，修复周期长等问题[2]。图1-2ACL断裂损伤示意图[3]1.1.2ACL人工韧带研究现状韧带移植可分为自体取材，也可以采用异体韧带移植，“骨-髌骨肌腱-骨”移植（Bone-patellartendon-bone,BPTB）是公认的“黄金标准”。近年来，由于人工韧带取材方便，移植手术操作简单，术后康复快，逐渐成为临床上治疗韧带损伤的有效手段之一[6]。一条理想的人工韧带应该具有以下特点：首先要能提供足够的力学性能，以维持膝关节的静态和动态稳定性。同时，兼具良好的细胞相容性，利于成纤维细胞的粘附与增殖，诱导机体韧带再生。再者是植入的人工韧带材料可在体内实现生物降解，且降解产物安全无毒副作用。最好人工韧带降解的速度与韧带再生的速度可以匹配，这样新生韧带就逐步取代了韧带植入物。而目前临床上判断ACL重建是否成功的依据是：韧带移植后，患者能否恢复正常活动且不发生膝关节不稳、持续水肿和慢性疼痛等症状。据众多临床术后随访统计，ACL重建成功率大约为75%[7]，这样仍然有接近四分之一的患者在术后忍受着ACL重建失败带来的痛苦。导致这个结果的归因大致有两类：人为因素和生物因素。其中，人为因素包括了人工韧带移植物的选择不合适、固定方法不当及手术失误等；生物因素涵盖了关节腔内成纤维细胞数量不足、血管化困难等[8,9]。因此，为了提升ACL重建的成功率，开发高强度、可降解、细胞相容性良好的人工韧带成为当前的研究重点。目前市面上的人工韧带种类繁多，按材料是否可降解来?
【参考文献】：
期刊论文
[1]TGFβ1-Sp1信号通路靶向调控豚鼠巩膜成纤维细胞分泌与合成胶原表达的研究[J]. 应充慧,朱子诚,孙思勤,张楚. 安徽医科大学学报. 2020(05)
[2]编织型丝素纤维人工韧带及其体外降解性能研究[J]. 吴佳蔚,刘明洁,王璐,关国平. 生物医学工程学进展. 2020(01)
[3]再生丝素蛋白溶液的制备条件对纤维性能的影响[J]. 吴惠英,姚平,周燕,许磊,左保齐. 高分子材料科学与工程. 2019(04)
[4]丝素纤维人工韧带材料表面改性及其体外矿化性能[J]. 程志,吴佳蔚,王一婷,王璐,关国平. 生物医学工程学进展. 2018(04)
[5]低温等离子体对丝素纤维人工血管材料蛋白吸附性能的影响[J]. 秦金桥,余邵婷,程志,王璐,关国平. 生物医学工程学进展. 2017(01)
[6]人工韧带的临床应用现状及进展[J]. 陈天午,蒋佳,陈世益. 宁夏医学杂志. 2016(08)
[7]丝素蛋白纤维人工韧带的制备及性能分析[J]. 吴惠英,周燕,左保齐. 丝绸. 2016(07)
[8]蚕丝丝素材料的生物降解性能[J]. 李明忠,张剑,邱玉华,卢神州. 中国材料进展. 2015(Z1)
[9]韧带损伤及人工韧带应用与研究[J]. 关国平,关红涛,王璐. 生物医学工程学进展. 2013(04)
[10]EDC/NHS交联改性再生桑蚕丝素纳米纤维[J]. 明津法,刘蓉,张焕相,左保齐. 高分子材料科学与工程. 2012(10)
博士论文
[1]再生丝素纤维的制备及其在人工韧带中的应用[D]. 吴惠英.苏州大学 2015
本文编号：3524336
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